XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Ареометр в определении спелости яблока

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Рожина С.И. 1Руденко А.Е. 1

---

1МБОУ СОШ №6

Алексеева М.А. 1

---

1МБОУ СОШ №6

Работа в формате PDF

469.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Яблоками сегодня никого не удивишь, они на нашем столе круглый год.

Яблоки — это не просто пищевой продукт, наполненный клетчаткой, это ценный витаминно-минеральный комплекс, который к тому же имеет много пищевых волокон. Так, например, витамины В1, В2, В3, В6, Е, РР и Р, помогают организму поддерживать нормальную эластичность стенок кровеносных сосудов. Органические кислоты способствуют пищеварению. Натуральная глюкоза, содержащаяся в яблоках, снимает усталость. Железо, содержащееся в яблоках, поднимает уровень гемоглобина в крови.

В нашем городе круглый год можно приобрести в магазинах яблоки различных сортов. Но некоторые салдинцы выращивают яблоки и на своих садовых участках. У нас тоже есть яблоня. Играя в саду, нам всегда хочется сорвать румяное яблочко прямо с ветки, зачастую не дожидаясь его созревания, т.к. внешний вид обманчив.

Мы выдвинули гипотезу: если мы изучим методы определения степени зрелости яблок, изготовим прибор для измерения количества сахара в яблочном соке, работающий по принципу ареометра, то сможем провести серию опытов и ответить на основной вопрос проекта: спелое ли садовое яблоко?

Объект исследования: садовое яблоко

Предмет исследования: спелость яблока

Цель работы: исследование яблока на предмет спелости и изготовление для этого прибора, показывающего количество сахара в яблочном соке.

Задачи исследования:

1. Изучить теорию по теме проекта;

2. Узнать принцип работы ареометра;

3. Создать свой прибор;

4. Провести ряд экспериментов;

5. Овладеть умениями и навыками проведения эксперимента и анализа полученных результатов;

6. Обобщить и систематизировать все собранные сведения.

Методы исследования:

– сбор и изучение информации;

– проведение эксперимента, наблюдение;

– анализ и сравнение результатов исследования.

Данная работа имеет практическое значение и может быть использована на уроках физики, при изучении темы «Плотность вещества. Ареометр» в 7 классе или для самообразования учащихся начальной школы. А сам прибор будет использоваться нами ежегодно для определения степени зрелости наших садовых яблок.

1. Теоретическая часть

1.1 Способы определения спелости яблок

Как определить, когда снимать яблоки? Нельзя опаздывать со сбором, как и собирать урожай раньше срока. Это важно не только из-за вкусовых качеств, но и для их хранения. Вовремя собранные фрукты при хранении набирают вкус, присущую сорту окраску. Рано собранные плоды становятся сморщенными и дряблыми, из-за потери влаги, буреет поверхность, появляется подкожная пятнистость. У поздно собранных быстро исчезают вкус и полезные свойства. Яблоки должны долго храниться и сохранять своё качество. Это зависит от степени зрелости и сорта плодов. Сроки созревания урожая зависят от многих факторов:

• сорта;

• погоды;

• освещения кроны (обрезки);

• возраста дерева.

Погодные условия окажут влияние на качество плодов. Дождливая и прохладная погода вызовет водянистость, снижение содержания сахара и витаминов, увеличение срока созревания.

Фрукты в своём развитии проходят три основные степени зрелости. Они определяются биологическими процессами, происходящими в плодах:

Съёмная. В этой стадии плоды накапливают достаточное количество питательных веществ, заканчивается рост. Крахмал переходит в сахар. Фрукты дозревают после сбора. Урожай собирают для хранения. Плоды хорошо сохраняются.

Техническая. Фрукты идут на переработку. У них хорошее сокоотделение, поэтому их используют для производства пюре, соков и т. д. Плоды сохраняют форму во время варки.

Потребительская. Яблоки приобретают все свойства и внешние признаки сорта (вид, вкус, аромат и мякоть). Степень зрелости характерна для летних сортов. Фрукты готовы к использованию в течение 3 недель после сбора. Хранить их нельзя.

Физиологическая. Семена в плодах созревают, готовы для сбора и к посеву. Плоды теряют своё качество, становятся мягкими, крахмал отсутствует.

Продолжительность периодов зависит от сорта, метеорологических условий. У яблок осенних сортов переход от съёмной до потребительской зрелости длится 2–4 недели, у зимних сортов — 1–3 месяца и больше.

Важно не упускать время в каждой степени зрелости. Промедление вызовет сокращение времени хранения.

Спелость определяется несколькими показателями:

• временем начала массового цветения;

• окраской плодов;

• цветом семян;

• плотностью яблока;

• содержанием крахмала и сахара.

Зрелое яблоко легко снять с ветки без усилия, оно само падает от ветра. Незрелое яблоко прочно сидит на ветке.

Началась падалица

Созревание урожая сопровождается появлением падалицы. Следите за тем, сколько фруктов начнёт падать на землю. Если под деревом лежат 5–10 здоровых плодов, значит, яблоки созрели, пора собирать урожай.

Проверка йодом

Химический способ проверки спелости популярен среди садоводов. Метод определяет с помощью йода содержание в мякоти крахмала. Созревание яблока ведёт к его снижению или удалению. Для определения крахмала берут:

1 л воды;

1 г йода;

4 г йодистого калия.

Всё соединяют. Кладут в раствор половинку разрезанного яблока или им капают на срез. Йод изменяет цвет крахмала. Наблюдают за цветом:

• стал синим — плод ещё не созрел;

• середина жёлтая, край голубой — нормальная спелость, можно собирать урожай;

• вся поверхность жёлтая — яблоко перезрело, годится только на еду.

Изменения цвета кожуры

Изменение цвета кожуры — важный индикатор спелости плодов. Съёмная зрелость изменяет окраску:

цвет кожицы у плодоножки светлеет;

зелёный цвет желтеет;

Некоторые сорта яблок имеют красный цвет до спелости, а зелёный цвет желтеет через несколько месяцев после начала хранения.

Проверка на ощупь

При созревании яблоко по-разному реагирует на надавливание пальцем. От пальца появляется вмятина:

• повреждение восстановилось, выровнялось — плод не дозрел;

• кожица на вмятине треснула, разошлась под пальцем — яблоко перезрело, годится только для переработки;

• вмятина осталась без изменений — пора собирать урожай, яблоко годится в лёжку.

Зимние сорта для хранения лучше недодержать на ветке, чем передержать. Перезревшие будут гнить.

Спелость по семенам

Цвет семян скажет о зрелости. Яблоки с тёмно-коричневыми семечками готовы к сбору. Плоды с белыми семечками ещё не дозрели.

В ранних сортах семечки остаются светлыми или темнеют до зрелости. Важно знать сорт яблок.

Проверка на количество сахара

По мере созревания плода увеличивается процентное содержание сахара и уменьшается содержание кислот. Можно попробовать яблоко на вкус, но этот способ неточный. Зная, что в спелом яблоке от 9-15 г сахара (в зависимости от сорта), с помощью рефрактометра можно без труда определить пик его созревания.

Рис. 1.1

Для себя мы выбрали самой важной характеристикой яблока его сладость, но рефрактометра мы не нашли. Будем определять количество сахаров другим способом. Для этого разберемся с понятием плотность вещества и выясним принцип работы ареометра.

1.2 Плотность вещества. Ареометр

Известно, что масса тела зависит не только от его размеров, но и от вещества, из которого это тело состоит. Например, если изготовить два цилиндра одинаковых размеров из алюминия и меди, то их масса будет разной.

Рис.1.2

И наоборот, можно найти тела одинаковой массы, но это вовсе не будет означать, что их объемы будут равны.

Рис. 1.3

Это объясняется тем, что разные вещества имеют разную плотность. То есть, в более плотном теле, в единице объёма находится больше частиц, чем в том же объеме менее плотного тела.

Рис. 1.4

Плотность позволяет узнать, чему равна масса данного вещества объемом в один кубический метр. Например, 1 м³ чугуна имеет массу 7 т (то есть, 7000 кг). А 1 м³ древесины дуба имеет массу 7 ц (то есть, 700 кг).

Рис.1.5

 Плотность показывает массу вещества объемом 1 м³. 

Плотность – это физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму. Плотность обозначается греческой буквой ƍ (ро). Формула:

                                                              ƍ=m:V

Так как массу принято измерять в кг, а объём – в м³, единицей измерения плотности килограмм на метр кубический.

                                                          [ƍ] = [кг/м³]

Иногда используют и другие единицы измерения – это грамм на сантиметр кубический (г/см³). По этой формуле можно рассчитать массу, зная плотность и объем:

m= ƍ·V

Необходимо отметить, что если смешивать вещества, плотность смеси меняется. Так, если в воду добавить сахар, плотность смеси будет больше плотности воды. И чем больше будет сахара, тем больше плотность сладкой воды. Аналогично и для яблочного сока.

Ареометр (плотномер) от греч. araios – рыхлый, жидкий и metrio – измерять. Прибор в виде стеклянного поплавка с делениями и грузом внизу, предназначенный для измерения плотности жидкостей и сыпучих тел.

Ареометр погружается в жидкость, плотность которой необходимо измерить. Принцип действия ареометра основан на законе Архимеда (подробно изучается в 7 классе). Чем больше плотность жидкости, тем она сильнее выталкивает прибор и тем меньше та его часть, что находится в жидкости.

Рис.1.6

Важно и наличие примесей, чем их больше в жидкой среде, тем менее точное показание ареометр даст.

Оценим состав яблочного сока.

Рис.1.7

Глядя на его состав, можно сделать вывод, что основные составляющие сока это вода и сахара. Поэтому, мы решили сделать прибор для определения количества сахара в яблочном соке, градуируя его при помощи воды и сахара, в котором 99,8 % сахаров. Такой специальный ареометр называют– сахарометр. Он показывает процент содержания сахара в соке. В своей работе мы будем использовать и его.

2. Практическая часть

2.1 Серия экспериментов по определению степени спелости садовых яблок

Для исследования спелости яблок нами использовались школьные ареометры, сахарометр и мензурка. Мы собирали по 5-6 яблок в три разные даты: 7 августа, 28 августа и 17 сентября. И каждый сбор подвергли исследованию на спелость. Оценили цвет кожуры и семян, провели проверку йодом, оценили результат после надавливания. Результаты всех исследований мы внесли в сводную таблицу.

Таблица 1

дата сбора яблок	проверка йодом	цвет кожуры	результат после надавливания	цвет семян
7.08.23	синий	зеленый	нет вмятины	белые
28.08.23	желто-голубой	зелено-желто-красный	вмятина осталась	светло коричневые
17.09.23	желтый	желто-красный	вмятина осталась	коричневые

Чтобы определить количество сахаров в яблоках, при помощи соковыжималки получаем сок, а затем фильтруем его через несколько слоев марли. Только после этого можно использовать сахарометр.

Но он дает значения только в процентах, а нам нужна масса сахаров в соке. Поэтому воспользуемся ареометрами из кабинета физики, чтобы определить плотность сока и мензуркой чтобы, определить объем сока. У каждого прибора есть конечно погрешность измерений (неточность), с ней мы познакомимся в 7 классе, поэтому ее учитывать не будем. Мы брали для каждого эксперимента одинаковый объем сока - 50 мл (или 50 см³), в среднем, это сок из 4-7 яблок (важен период сбора). По формуле плотности рассчитали массу сока. Результаты измерений внесли в таблицу.

Таблица 2

дата сбора яблок	Показания сахарометра,%	Объем, см3	Плотность, г/см3	Масса сока, г
7.08.23	6%	50	1,015	50,75
28.08.23	10%	50	1,045	52,25
17.09.23	12%	50	1,055	52,75

m=50 см³*1,015г/см³=50,75г

m=50 см³*1,045г/см³=52,25г

m=50 см³*1,045г/см³=52,75г

Теперь рассчитаем сколько граммов сахаров в соке методом пропорции.

50,75 г - 100%

? г - 6%

Масса сахаров 07.08.2023 = (50,75г*6%):100%=3,045г

Масса сахаров 28.08.2023 = (52,25г*10%):100%=5,225г

Масса сахаров 17.09.2023 = (52,75г*12%):100%=6,330г

Таблица 3

Глядя на таблицу можно сказать, что в начале августа яблоки по всем показателям неспелые, в них много крахмала и мало сахаров, семечки белые, текстура жесткая. В конце августа из яблок постепенно исчезал крахмал, сахаров становилось больше, семечки темнели, кожура яблок становилась желтой, текстура мягкой. В середине сентябре крахмал в яблоках уже отсутствовал, плоды стали желтыми, семечки коричневыми, мякоть очень рыхлая. Можно сделать вывод, что сбор яблок в 2023 году для хранения с нашей яблони надо было производить ближе к концу августа, для еды пригодны переспелые яблоки, собранные в середине сентября. Но в следующем году сроки сбора могут быть другими, это связано с погодными условиями. Поэтому правильнее ориентироваться на показатели спелости.

2.2 Создание из подручных материалов своего сахарометра

Определение сахаров в яблочном соке оказалось самым сложным в ходе нашего исследования. Чтобы не брать из школы приборы ежегодно для определения этого показателя, мы решили сделать свой сахарометр для нашего урожая яблок.

Приступаем к созданию сахарометра. Чтобы сделать такой прибор своими руками мы взяли обычный рыбацкий поплавок и набор грузил.

Далее, чтобы утяжелить поплавок, проделываем в нем отверстие и помещаем в него грузило. Затем необходимо оценить, как ведет себя поплавок в воде. Постепенно добавляем количество грузил внутрь поплавка, чтобы погружение стало достаточным, примерно на 1.5 см от цветной отметки. Нам потребовалось три грузила. Закрепляем грузила в поплавке термоклеем.

Далее необходимо проградуировать полученную заготовку. Для этого нужно взять сосуд с водой и поместить в него будущий ареометр так, чтобы тяжелая часть поплавка была в жидкости.

Делаем отметку акриловой краской на уровне воды. Этот уровень будет соответствовать нулевой отметке и означать, что в жидкости нет сахаров. Затем приготовим сахарные растворы. В 50 мл воды растворяем 5 г, 10 г, 15 г сахара. Так как максимально сахаров в 50 мл яблочного сока – от 5 до 15 г.

Помещаем самодельный ареометр в эти жидкости и делаем новые отметки, соответствующие 5 г, 10 г, 15 г сахара. Но тут мы использовали воду, а у нас сок. Есть ли существенная разница, мы проверили следующим опытом. Взяли 6,33 г сахара и растворили его в 50 мл воды. Затем опустили наш сахарометр сначала в яблочный сок из последнего эксперимента от 17.09.2023, а затем в раствор сахара и обнаружили, что наш прибор погружается там и там на одну и ту же глубину. Прибор готов.

Заключение

В результате проделанной работы мы узнали как оценить спелость яблока и изучили теорию по теме «Плотность вещества», познакомились с такими приборами как: ареометр, сахарометр, мензурка и научились производить с их помощью измерения. Мы провели ряд экспериментов и обработали результаты измерений, рассчитали массу сока, а затем и сахаров, содержащихся в нем. Наши расчёты имеют неточность, она появляется из погрешностей приборов, которые мы использовали, и из-за округлений в вычислениях. Мы сделали свой прибор для примерного определения количества сахара в соке из яблок и зафиксировали на нем значение для спелости «для сбора на хранение» и спелости «для еды» конкретно для нашего урожая. Тем самым доказали, что выдвинутая нами гипотеза верна.

При выполнении собственного эксперимента мы поняли, как тяжел путь исследователей, людей, занимающихся наукой. Для того, чтобы получить положительный результат эксперимента нужно не только знание каких-то теоретических основ, но и умение видеть, наблюдать, обобщать, а самое важное – умение четко планировать свою работу.

Умение анализировать имеющие факты, умение сопоставлять и прогнозировать, умение находить пути решения возникающих ситуаций – все это приходит с опытом, с практикой. Чтобы приобрести все эти навыки и снова получить удовлетворение от своих маленьких открытий, даже если они уже известны, мы обязательно продолжим свои исследования.

Наша работа имеет практическое значение и может быть использована на уроках физики или окружающего мира, а также для самообразования учащихся. Наш прибор мы будем использовать ежегодно для определения спелости яблок, растущих у нас в саду. Уже возникла идея оценить количество сахаров в соке, который продается в магазине, а так же, исследовать сок из садовых ягод.

Список литературы

1. Викторова Л.Яблоки.//Химия  и жизнь. №12 2007 г.с.70

2. А.В. Перышкин. «Физика. 7 класс»: учебник для общеобразовательных учреждений. 10-е изд., доп., М.: Дрофа, 2006.

3. Ткаченко А. Почему «ржавеет» яблоко? Московский городской конкурс проектных и исследовательских работ. М., 2016.

4. Полевой В.В. Физиология растений. М., 1989 с.444-445.

Интернет источники

5. http://allforchildren.ru/why/why123.php

6. http://beaplanet.ru/klassifikaciya_rasteniy.html

7. https://www.botanichka.ru/article/kak-ponyat-chto-pora-sobirat-urozhay-yablok/?ysclid=lrmbn9gg2j149722829

6. https://zapitka.ru/teoriya/dlya-kakih-izmereniy-nuzhen-areometr?ysclid=lrmbvto2ng655154630